不结球白菜紫色性状遗传规律、温光调控的研究及种质创制

发布时间：2020-07-01 20:29

【摘要】：紫色不结球白菜(Brassica campestris ssp.chinensis Makino),因其叶片中含有花青素而呈现紫红色,花青素对人体具有抗氧化,抗衰老、抗癌和抑菌作用,是天然的保健品。但是,弱光、高温等极端气候条件下,紫色不结球白菜经常会出现着色不佳的现象。因此,创制紫色新种质,对培育紫色新品种具有重要意义。本研究通过对紫色性状遗传规律的分析、弱光对其生理生化的影响,及温度调控叶片花青素合成的转录组分析,解析不结球白菜紫色性状的遗传规律、响应温光环境变化的机制,为不结球白菜叶色高效分子辅助育种提供依据。主要获得如下研究结果:1.不结球白菜种质资源的收集、整理和评价,筛选获得抗病毒病的紫色自交系Q14,在秋冬季节阳光充足时,紫色尤为鲜亮。以紫色不结球白菜自交系Q14,绿色不结球白菜雄性不育系C07-213为试验材料,通过杂交和回交方法,创制新的雄蕊完全退化、不育度可达100%,但蜜腺正常的紫色不结球白菜雄性不育系C10-213及其保持性B10-4,并对其形态特征,相关生理生化特性进行分析,明确其形态、生理和细胞学的特征,并利用其选配杂交组合。2.通过P_1、P_2、F_1、BC_1、BC_2和F_2 6世代群的构建,进行孟德尔遗传规律分析,发现F_1群体的叶片均为紫色,但紫色略浅于亲本,且无光泽。认为紫色对绿色为不完全显性。由于紫色的呈色取决于花青素含量的高低,因此,以6个世代群体单株的花青素含量为特性,采用多世代联合分离分析方法研究花青素含量的遗传规律。结果表明:不结球白菜杂交组合后代的花青素相对含量介于两个亲本之间,呈现偏向紫色亲本的偏态分布,是两对加性-显性-上位性主基因十加性-显性-上位性多基因模型(E-0模型);F_2和BC_1(F_1×紫)的两对主基因的遗传率分别为59.17%和74.12%,F_2的多基因遗传率为27.58%,环境方差占表型方差的比例为19.48%。3.研究了不同遮光程度和延长遮光时间对紫色不结球白菜幼苗叶片的叶绿素和花青素相对含量、光合特性、碳水化合物代谢,抗氧酶活性和花青素合成关键酶活性的影响。结果表明:与对照比较,在3种不同程度的遮光处理5 d时,叶绿素b、胞间CO_2浓度(C_i)、气孔导度(Gs)和抗氧化酶(POD、CAT、SOD)活性均表现瞬间升高,而在遮光10 d和15 d时以上指标均表现下降;MDA含量在整个遮光过程中均显著升高。随着遮光时间延长至15 d时,叶绿素a、花青素和可溶性蛋白含量、净光合速率(P_n)、蒸腾速率(T_r)、气孔导度(G_s)、抗氧化酶(POD、CAT、SOD、APX)活性、花青素合成关键酶(CHI、CHS、F3H、DFR)活性显著下降。研究结果说明,在弱光处理的前期,叶绿素b含量的增加有助于提高光合作用,当弱光处理延长,抗氧化酶活性和花青素生物合成酶的活性受到抑制,导致紫色不结球白菜叶片花青素的流失,颜色由紫色变为绿色。4.研究发现低温促进叶片花青素含量的增加,叶片颜色变成深紫色,而高温条件下,叶片的花青素含量降低,直至叶片变绿。当不同温度(LT:5°C、NT:20°C、HT:35°C)处理达到10 d时,叶片颜色表型变化明显,同时对3个温度处理10 d的样品进行RNA-seq。作为无参转录组,拼接组装得到114,043个unigene;LT vs NT对比组有4,172上调表达基因和4,538个下调表达基因,共计8,710个差异表达基因;HT vs NT对比组共有6,012个差异表达基因,其中3,916个基因上调表达,2,096个基因下调表达。对筛选的差异表达基因进行KEGG pathway的显著性富集分析,发现在类黄酮合成途径上存在多个差异表达基因,其中花青素合成途径中相关的基因PAL、C4H、FLS、CHS、F3H、F3M、DFR、U78D1和UGT75C1,转录因子MYB44和MYB113在受低温的诱导下,存在差异表达,调控紫色不结球白菜花青素的合成和积累,初步在mRNA水平上解释了温度调控紫色不结球白菜叶片花青素合成的可能机理。
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：S634.3

【参考文献】